轴与轴上的带毂零件必须联接(轴毂联接)起来才能传递转矩和动力。
1.成形联接
成形联接是将轴与毂制成非圆剖面形状,再将两者装配起来的一种联接(见图2-146)。这种联接没有应力集中源,定心精度高,承载能力大,装卸方便。
2.过盈联接
即过盈配合联接,是利用包容件与被包容件间的过盈配合来实现联接的(见图2-147)。由于被包容件被压缩,其弹性恢复力使两零件之间产生很大的压力,工作时依靠此压力产生的摩擦力传递载荷。
过盈联接的结构简单,承载力大,定心精度高,能承受冲击与振动。但对配合处的尺寸精度要求高,装配不方便。
图2-146 成形联接
注:这是齿轮和轴的连接,是将轴和孔做成扁形(D形)的一种成形联接。广泛用于打印机的齿轮和轴的联接,主要用于负荷较重的地方。
过盈联接常见的有圆柱面过盈联接和圆锥面过盈联接。圆柱面过盈联接其装配方法多为温差法(将包容件加热或将被包容件低温冷却后装配)或压入法(用压力机将被包容件压入包容件孔内),这两种联接方法拆卸时均会破坏零件表面,属不可拆联接。当圆柱面过盈联接的过盈量较小时,可用人力敲击装配,属可拆联接。圆锥面过盈联接常用于轴端。如机床主轴的轴端,用旋紧螺钉来实现过盈配合。对于大型重载的圆锥面过盈联接,可采用液压装拆法。此法属可拆联接,装配时将高压油通过事先加工好的油孔引入配合表面,将包容件胀大,被包容件缩小,再加上一定的轴向力,将两者相互压紧。也可用此方法拆卸。
在打印机中广泛采用塑料零件,而且很多塑料材质例如尼龙(PA)或聚甲醛(POM)等都有比较大的弹性、自润滑性和耐磨性,这些零件即使用压入法装配到轴中,轴和孔的表面都不会有太大的破坏,仍然能多次装拆。
图2-147 过盈配合联接
注:这是齿轮和轴的连接,轴的直径比齿轮的孔的直径稍大一些。这是另一种广泛用于打印机的齿轮和轴的联接,主要用于负荷较轻的地方。
3.键联接
键是标准件,在轴毂联接中键联接应用最为广泛。
按键的形状分,有平键、半圆键、楔键、切向键等多种;按键的联接方式分,有松联接与紧联接两种。
平键、半圆键,只能实现圆周方向的联接,属于松联接;楔键、切向键,能同时实现周向联接和轴向联接,属于紧联接。
平键联接平键依靠键与轮毂和轴上键槽的侧面挤压传递转矩,其工作面为侧面。
平键的特点是结构简单,定心性好,装拆方便,应用最为广泛。平键按用途分为普通平键(GB 1096—1979)、导向键(GB 1097—1979)和滑键三种。还有一种键高较小的薄型普通平键,用于薄壁零件。
普通平键用于静联接,按结构分成圆头、方头、单圆头三种。圆头平键在轴上的键槽由指状铣刀铣出,键在槽中固定良好;方头平键的键槽由盘形铣刀铣出,在槽中常用螺钉固定;单圆头平键用于轴端。(www.xing528.com)
导向键与滑键能实现轴向动联接。导向键分成圆头和方头,通常固定于轴上,轮毂沿键轴向滑动。滑动距离较长时,为避免细长键加工困难,可采用滑键。滑键固定于毂上随毂一同沿轴上的键槽滑动。
半圆键用于静联接,工作面为侧面,工作原理同普通平键。其键槽由盘形铣刀铣出,铣刀半径与键的相同。其优点是键可在键槽内摆动,以适应毂上键槽的斜度;缺点是键槽较深、对轴削弱较大。常用于较轻载荷的联接,或用作锥形轴联接的辅助装置。
楔键联接用于静联接。楔键分为圆头、方头和钩头三种,其工作面是上、下表面,上表面为1∶100的斜面。工作时键楔紧于轴毂之间,键的上、下表面分别与毂槽和轴的表面压紧,依靠摩擦力传递转矩。其优点是结构简单,但由于楔紧于轴毂之间,降低了两者的同轴度。此外,受冲击时易松动。
切向键联接由两个斜度为1∶100的楔键组成。其工作面是两键的斜面拼合后的上、下两个平行平面。装配后两键沿切向楔紧于轴毂之间,其中一个平面应处于包含轴心线的平面之内。工作时依靠工作表面的摩擦力传递转矩。单个切向键只能传递单向扭矩,如需传递双向扭矩,则应采用两个切向键。切向键对轴的强度削弱较大,故常用于直径大于100mm的轴。
楔键与切向键适用于低速、传动精度要求低、平稳无冲击的场合。
花键联接是由轴上多个花键齿(外花键)置于轮毂相应的花键槽(内花键)中以传递转矩的。外花键可用成型铣刀或滚刀加工,内花键可拉制或插制。与键联接相比其承载能力大,对轴的强度削弱较小,对中性好。常用于高速重载,尤其适用于动联接。缺点是结构复杂,制造成本高。
根据齿形的不同,分为矩形花键和渐开线花键两种。
矩形花键以小径定心,有轻、中、重三个系列。齿廓需要经过热处理和磨削,表面硬度和精度较高。矩形花键的定心精度高,应力集中较小,承载能力较大,加工方便,应用很广。
渐开线花键是由作用于齿面上的压力自动平衡来定心的。其制造工艺与齿轮完全相同,但压力角有30°、45°两种,齿根有平齿根和圆齿根两种,平齿根加工方便,而圆齿根应力集中小。渐开线花键的定心精度高、寿命长、承载能力大,常用于要求定心精度高、载荷较大且尺寸也较大的场合。
4.销联接
销联接只能传递不大的载荷,或用于装配时零件的定位,亦可作为安全装置。
销的材料通常采用强度极限不低于500~600MPa的钢材,如35、45钢。
销的基本类型有圆柱销与圆锥销两种。
圆柱销和与之相配合的铰制销孔间有微量的过盈,用以保证定位精度。因此用于不需要经常拆卸的场合。
圆锥销表面有1∶50的锥度,可自锁,装于铰制销孔中定位可靠、精度高,并可以允许多次拆卸。
圆柱销和圆锥销还有几种特殊形式:内螺纹圆锥销和外螺纹圆锥销可用于盲孔或拆卸困难的场合;开尾圆锥销可保证销工作时不易松脱,用于冲击、振动或变载场合;槽销带有纵向凹槽,用弹簧钢滚压或模压而成,可利用本身的弹性挤紧在销孔中,因此销孔无需铰光,制造简单,可多次拆卸;弹性圆柱销是由弹簧钢带卷制的纵向开缝圆管,工作原理与槽销类似,具有槽销的优点,且质量较小。
销联接在工作中主要受挤压与剪切,有时还受弯曲。设计时与键类似,先根据联接的结构与工作要求确定销的类型、材料与尺寸,再进行必要的强度校核。
5.弹性环联接
弹性环联接的原理同过盈联接,方法是在轴与毂间加入具有锥面的内、外钢环。利用轴向力使内、外环挤紧,从而使内环缩小而压紧轴,外环胀大而撑紧毂,在接触面间产生很大的压力,由此产生的摩擦力用以传递载荷。
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